2) 1 ГэВ
3) 10-15 МэВ
4) 750-880 МэВ
Для протонной терапии наиболее распространены циклотроны, обеспечивающие энергию протонов около 200–250 МэВ; типичное номинальное значение составляет 230–250 МэВ. Такой диапазон позволяет сформировать терапевтический пучок с пробегом в водоэквивалентной среде примерно до 30–38 см, что достаточно для облучения глубоко расположенных опухолей. Клинический эффект основан на распределении дозы по кривой Брэгга: основная часть энергии высвобождается в конце пробега частиц, в области опухоли, при относительно низкой дозе за ней.
В циклотроне протоны ускоряются высокочастотным электрическим полем по спиральным траекториям в постоянном магнитном поле, после чего выводятся из ускорителя в виде пучка. Поскольку энергия на выходе циклотрона обычно фиксирована, для лечения опухолей на меньшей глубине применяют деградер — систему, которая уменьшает энергию протонов с последующим магнитным анализом и отбором частиц. Поэтому указанное значение характеризует энергию, до которой протоны ускоряются в самом ускорителе, а не неизменную энергию, поступающую к пациенту.
Энергии 10–15 МэВ недостаточно для проникновения к большинству глубоко расположенных мишеней; такие значения применимы преимущественно в радионуклидной диагностике, экспериментальной физике и других низкоэнергетических задачах. Диапазоны 750–880 МэВ и около 1 ГэВ относятся главным образом к физическим исследованиям и производству вторичных частиц, поскольку для стандартной протонной терапии они избыточны и приводят к неоправданному усложнению радиационной защиты и дозиметрии.
| Энергия протонов | Типичная область применения | Клиническое или физическое значение |
|---|---|---|
| 10–15 МэВ | Низкоэнергетические исследования, получение отдельных радионуклидов | Недостаточна для облучения глубоко расположенных опухолей |
| 60–100 МэВ | Поверхностные мишени, офтальмологическая протонная терапия | Пробег ограничен несколькими сантиметрами водоэквивалентной толщины |
| 150–180 МэВ | Лечение мишеней средней глубины | Может применяться после подбора энергии и формирования пучка |
| 200–250 МэВ | Стандартная клиническая протонная терапия | Обеспечивает глубину пробега приблизительно до 30–38 см; типичная энергия циклотрона — около 230–250 МэВ |
| 250–400 МэВ | Специализированные ускорительные комплексы и экспериментальные задачи | Для обычной протонной терапии чаще не требуется |
| 750–880 МэВ | Ядерно-физические эксперименты, образование вторичных частиц | Существенно превышает необходимую терапевтическую энергию |
| Около 1 ГэВ | Фундаментальные исследования и крупные исследовательские ускорители | Не является типичным диапазоном для клинического циклотрона |
Выбор энергии определяет максимальную глубину проникновения протонов и положение пика Брэгга. В клинической установке энергия пучка дополнительно изменяется деградером, а глубинно-дозовое распределение формируется системой пассивной или активной модуляции. Активное сканирование карандашным пучком позволяет послойно облучать мишень с высокой пространственной точностью. Благодаря этому протонная терапия может уменьшать интегральную дозу на здоровые ткани по сравнению с рядом методов фотонного облучения.